汽轮发电循环水供热技术在干熄焦中的可行性分析

于守立 王莉

1 前言

凝汽式汽轮机改低真空运行供热，在我国北方采暖地区火电厂应用较广泛。但在干熄焦余热发电项目中还未得到广泛应用（据了解，目前全国只有山东某单位运行）。

凝汽式汽轮机改低真空运行供热，基本上消除了电厂的冷源损失，可使凝汽式汽轮机的热效率由原来的接近40%提高到90%以上。同时，由于低真空运行只是汽轮机的特殊变工况，因此，对汽轮机本体改动不大，在低真空运行和正常额定纯凝汽工况运行之间，可以很方便的转换。但是，凝汽机组在低真空运行期间，其发电量受供热量大小的直接影响。同时，在干熄焦余热发电项目中因汽机低真空运行，凝结水温度升高，造成进入热管换热器（或副省煤器）的凝结水由正常的40℃上升至70℃以上。所以，冬季采暖期间需要加大气料比来保证热管换热器（或副省煤器）出口循环气体温度。

汽轮机循环水冬季供暖扣除发电量的损失、维修费用以及供热时的热损耗，其经济效益仍非常可观。

2 火电厂循环水供热原理及应用

凝汽式汽轮机改低真空运行供热，简而言之就是把热用户的暖气片当作冷却设备使用。机组本体无大的改造，只是将凝汽器入口管和出口管接入循环水供热系统。循环水经凝汽器加热后，由热网泵将升温后的热水注入热网。为加大供热能力，可在凝汽器出口之后加装尖峰热网加热器，利用新蒸汽或其它热源加热热网水。为保证机组低真空的安全运行，在热用户处要采取适当的措施，使热网回水温度一般低于50℃。

现以沈阳电厂N25-3.43型汽轮机（中温中压机组）低真空运行实践为例，对低真空运行机组的系统和结果做如下介绍：

表1 N25-3.43型汽轮机设备概况

沈阳某电厂两台N25-3.43型汽轮机，冬季改低真空运行，其机组的循环水系统勿需做大的改动，只是在凝汽器入口管和出口管上接入循环水供热系统。二台机的循环水经凝汽器加热后，引至联络管进入热网水泵升压。

升压后的循环水，既可直接输送至热用户，也可通过尖峰热网加热器加热后输送至热用户。

热网水泵出入口之间装了再循环管，作启动试运行时再循环使用。

循环水泵出口门未加堵板，机组低真空运行利用循环水向外供热时，只需切换阀门，不必停机。

热网水泵装在凝汽器出口管路侧（布置在汽机房0m标高位置）使凝汽器不承受较高的压力，凝汽器所承受的是0.1MPa左右的采暖回水压力，它和凝气发电时承受的循环水泵出口压力基本相当。

为防止热用户暖气片和凝汽器铜管结垢，影响传热效果，补充水应采用化学软化水。

补充水按供水量的3%考虑。另外还接入了工业水，作事故紧急补水，其水量为总供水量的3%。所有补充水（化学软化水、工业水）都接到凝汽器入口侧。

改机的冷油器和空气冷却器所用的冷却水，当一台机组供热时，由另一台机组的循环水供给；当两台机组供热时，单独为此设置三台离心泵，其中一台备用，供冷油器、空气冷却器用；原有的冷却塔水池作为循环水的凉水池。

回水压力：需考虑凝汽器的阻力损失，凝汽器循环水出口顶高度，热网水泵的入口阻力损失，回水压力必须保证热网水泵的正常供水的压力。

表2 N25-3.43型机组技术经济指标比较详见表

N25-3.43型汽轮机改循环水供热后，使热电厂的燃料利用系数由凝气发电时的26%，提高到87%。

3 干熄焦系统采用循环水供热技术的可行性分析

干熄焦系统中因其蒸汽产量的不稳定性以及汽机凝结水还需冷却循环气体的特殊性，所以相对于火电厂来说增加了一定的操作难度，与火电厂汽机循环水供热的原理是一致的。

现就河北某单位160t/h干熄焦工程中C25-8.83/0.981型汽轮机作如下分析：

本工程建设汽轮发电站一座与160t/h干熄焦相配套，根据建设方要求，正常情况下干熄焦锅炉所产蒸汽全部用于发电，当厂区管网供汽故障时，汽机需抽P=0.981MPa蒸汽50t/h，故汽机选型为抽凝式，但一般正常情况下汽机按纯凝工况运行。为此，汽轮发电站内设1台C25-8.83/0.981抽凝汽式汽轮发电机组，N=25000kW，相应地配置了1台QFW-25-2型发电机，其额定功率N=25000kW，额定电压U=10.5kV。

根据当地供热紧张的情况，汽轮机凝汽器的循环水按供暖设计，供水温度按70℃设计、回水温度按60℃设计。各经济参数计算如下：

（1）非采暖期间，纯凝运行发电量为：84000/3.6=23333kW/h

（2）采暖期间发电量为：23333kW/h-84×[1000×（ik-i）/3600]×1.05

=23333-84×[（2635.391-2561.591）/3.600]×1.05

=21525kW/h

其中ik-75℃时（压力0.0385MPa）饱和蒸汽焓值；i-压力0.005MPa时（温度为33℃）饱和蒸汽焓值。

（3）循环水量计算

DC（hc-hc1）=Dw（hw2-hw1）则 Dw=84000 ×2321.455/41.87=4657325kg=4657.325t

其中 DC：蒸汽流量 kg/h；Dw：冷却水量、hc：排气焓值；hc1饱和凝结水焓值；hw2：冷却水出口焓值；hw1：冷却水进口焓值。

（4）供热量计算

G=Dw×41.87=195002220kJ

（5）供热面积计算

A=G×（1-0.05）/75W×3.6kJ/W=722230m2（居民建筑物，如给工业建筑物供热则面积减半）；

本站汽轮发电机组的检修与对应干熄焦锅炉同步，即每台汽轮发电机组年运行时间为8280h，检修时间为480h。

图1 循环水供热原则性系统图

4 结论

综上汽轮机循环水冬季供暖经济效益非常可观，扣除发电量的损失、维修费用以及供热时的热损耗，每个冬季都可盈利过千万元。

根据相应带来的影响建议如下：

（1）供热循环水温度不要太高，最好运行时控制在60℃供热，50℃回水。

（2）采暖期过后汽轮机需要大修时最好安排与干熄焦大修同步进行。